JP5587960B2

JP5587960B2 - Tunnel elastic wave exploration method and tunnel elastic wave exploration system used therefor

Info

Publication number: JP5587960B2
Application number: JP2012239699A
Authority: JP
Inventors: 和弘大沼
Original assignee: Hazama Ando Corp
Current assignee: Hazama Ando Corp
Priority date: 2012-01-25
Filing date: 2012-10-31
Publication date: 2014-09-10
Anticipated expiration: 2032-10-31
Also published as: JP2013174580A

Description

本発明は、トンネル等の掘削を行う場合に用いるトンネル弾性波探査方法及びこれに用いるトンネル弾性波探査システムに関し、特に、トンネル坑壁付近の弾性波速度の測定と、切羽前方の地質構造の予測に使用するトンネル弾性波探査方法及びこれに用いるトンネル弾性波探査システムに関する。 The present invention relates to a tunnel elastic wave exploration method and a tunnel elastic wave exploration system used for excavation of a tunnel or the like, and more particularly, measurement of elastic wave velocity near a tunnel wall and prediction of geological structure in front of a face. The present invention relates to a tunnel elastic wave exploration method used in the present invention and a tunnel elastic wave exploration system used therefor.

通常、トンネル工事においては、トンネルの掘削や支保を安全かつ効率良く施工するために、地山の弾性波速度分布を推定することが行われ、また、掘削面である切羽前方の地質変化を把握し、その対策を講じることが安全かつ迅速な掘削作業を行う上で必要となるため、切羽前方の探査が行われる。 Usually, in tunnel construction, in order to construct and excavate and support the tunnel safely and efficiently, the elastic wave velocity distribution of the natural ground is estimated, and the geological change ahead of the face that is the excavation surface is grasped. However, since it is necessary to take such measures for safe and quick excavation work, exploration in front of the face is performed.

トンネル坑壁付近の弾性波速度を測定する方法としては、トンネル坑壁付近で数回の小発破を行ったりトンネル坑壁に設けたボーリング孔壁内を打撃したりするなど坑壁に人工的に振動を生じさせることにより弾性波（地震波）を発生させ、その弾性波を所定の測定点で地震計により測定することが周知である。また、トンネル坑内の切羽から離れた後方の坑壁位置に地震計を設置し、地震計で切羽の発破振動を計測することを切羽掘進サイクル毎に行い、得られた発破振動データに基づいて切羽の弾性波速度を求めることが例えば特許文献１により提案されている。 The method of measuring the elastic wave velocity near the tunnel wall is to make a few blasts near the tunnel wall or hit the inside of the borehole wall provided in the tunnel wall. It is well known that an elastic wave (seismic wave) is generated by generating vibration, and the elastic wave is measured by a seismometer at a predetermined measurement point. In addition, a seismometer is installed at the position of the pit wall behind the face in the tunnel mine, and the blasting vibration of the face is measured by the seismometer for each face digging cycle, and the face face is based on the obtained blast vibration data. For example, Patent Document 1 proposes to obtain the elastic wave velocity.

また、切羽前方の探査を行う方法としては、探査用の発破を行い、この発破による弾性波を地震計により計測し、この計測した弾性波により切羽前方の地質変化を推定するＴＳＰ（Tunnel Seismic Prediction）法や特許文献２による方法、特許文献３による方法が知られている。例えば、特許文献２による方法では、切羽後方の坑壁において発破等（火薬爆発法、垂錘落下方式など）による弾性波を発生させ、切羽前方の地質変化面などで反射した弾性波（反射波）を地震計により計測し、ＰＣで解析を行い、弾性波の反射面位置を計測することで、切羽前方の地質変化面を推定する手法が提案されている。なお、この手法では、反射波の解析結果から地質構造を推定する判定基準は不明である。また、トンネル掘削における段発の各段の発破を震源とする弾性波を地震計により計測し、記録装置に記録する切羽前方探査手法が特許文献３により提案されている。 In addition, as a method of exploring the front of the face, TSP (Tunnel Seismic Prediction) is used to perform exploration blasting, measure the elastic wave due to this blasting with a seismometer, and estimate the geological change ahead of the face with the measured elastic wave. ), The method according to Patent Document 2, and the method according to Patent Document 3. For example, in the method according to Patent Document 2, an elastic wave generated by blasting (explosive explosion method, vertical drop method, etc.) is generated in the pit wall behind the face, and the elastic wave (reflected wave) reflected by the geological change surface in front of the face is reflected. ) Is measured by a seismometer, analyzed by a PC, and the position of the reflection surface of the elastic wave is measured to estimate the geological change surface in front of the face. In this method, the criterion for estimating the geological structure from the analysis result of the reflected wave is unknown. Further, Patent Document 3 proposes a method for exploring the front of the face by measuring an elastic wave with a seismometer as the epicenter of each stage in tunnel excavation and recording it in a recording device.

特開２００３−７５２４７公報JP 2003-75247 A 特許第３１１９７５３号公報Japanese Patent No. 3119753 特許第３０２２８０５号公報Japanese Patent No. 30228805

しかしながら、上記従来のトンネル坑壁付近の弾性波速度を測定する方法や切羽前方の探査を行う方法では、次のような問題がある。
（１）上記従来の弾性波速度分布の推定方法は、トンネルの掘削作業に組み込むことができないため、トンネルの掘削作業に影響する。また、この推定方法の場合、トンネル坑壁における弾性波速度の分布を評価することができない、すなわち、掘削済み区間の弾性波速度分布を推定することができないため、掘削済み区間の支保設計の評価、検証に活用することができない。
（２）上記従来の切羽前方の探査方法では、探査のための発破を行うことが必要で、切羽での掘削作業が少なからず中断される。これに対して、特許文献３の切羽前方の探査方法の場合、トンネル掘削のための発破を震源として利用できるため、切羽での掘削作業が中断されることがないが、２つの地震計他、多くの専用の探査基材を必要とし、コストが増大する。また、上記従来の探査方法では、反射波の解析結果から、切羽前方探査に求められる切羽前方の地質構造を推定することができない。 However, the conventional method for measuring the elastic wave velocity in the vicinity of the tunnel wall and the method for performing the exploration in front of the face have the following problems.
(1) Since the conventional elastic wave velocity distribution estimation method cannot be incorporated into tunnel excavation work, it affects tunnel excavation work. In addition, in this estimation method, the elastic wave velocity distribution in the tunnel pit wall cannot be evaluated, that is, the elastic wave velocity distribution in the excavated section cannot be estimated. It cannot be used for verification.
(2) The conventional exploration method in front of the face requires blasting for exploration, and excavation work on the face is interrupted to some extent. On the other hand, in the case of the exploration method in front of the face of Patent Document 3, since the blast for tunnel excavation can be used as an epicenter, the excavation work at the face is not interrupted. Requires many dedicated exploration substrates and increases costs. Further, in the conventional exploration method, the geological structure in front of the face cannot be estimated from the analysis result of the reflected wave.

本発明は、このような従来の問題を解決するものであり、この種のトンネル弾性波探査方法において、トンネル坑内の弾性波探査をトンネルの掘削作業に組み込み、日常の作業に影響を受けることなしに弾性波探査を行えるようにすること、トンネル坑内の弾性波速度を切羽の掘削直後に把握し、支保設計の評価、検証に活用できるようにすること、トンネルの切羽前方の探査区間の地質構造を切羽掘削の直後に推定できるようにすること、切羽前方探査の反射面の位置決め精度の向上を図ること、切羽前方探査に求められる地質構造を推定できるようにすること、及びこの方法に用いるトンネル弾性波探査システムを提供すること、を目的とする。 The present invention solves such a conventional problem, and in this kind of tunnel elastic wave exploration method, the elastic wave exploration in the tunnel mine is incorporated into the excavation work of the tunnel and is not affected by daily work. To make it possible to conduct elastic wave exploration, to grasp the elastic wave velocity in the tunnel mine immediately after excavation of the face, and to use it for evaluation and verification of support design, geological structure of the exploration section in front of the face of the tunnel Can be estimated immediately after excavation of the face, improvement of positioning accuracy of the reflective surface of the forward search of the face, estimation of the geological structure required for the forward search of the face, and tunnel used in this method An object is to provide an elastic wave exploration system.

上記目的を達成するために、本発明のトンネル弾性波探査方法は、トンネル坑内の切羽に発破孔を設けて爆薬を装填するとともに、切羽から離れた後方所定の位置に地震計及び記録装置を設置し、爆薬を起爆して発生する弾性波を前記地震計で受振、計測し、前記記録装置に記録することを切羽掘進毎に繰り返し、切羽掘進毎に前記記録装置に記録された弾性波から直達波を抽出して、当該直達波に基づいて切羽のトンネル坑内の弾性波速度分布を推定し、切羽掘進毎に前記記録装置に記録された弾性波から反射波を抽出して、当該反射波に基づいて反射点及び反射面を推定するとともに、当該反射点及び反射面の分布パターンから切羽前方の地質構造を推定し、前記反射波の抽出に当たり、切羽前方の地質構造の探査に要求される分解能の最大値及び最小値を設定する一方、解析に使用する弾性波波長を分解能の４倍に設定し、前記直達波から算出した前記トンネル坑内の弾性波速度に基づいて反射波伝播速度を算出して、当該反射波伝播速度から解析に使用する弾性波周波数を設定し、前記反射点及び反射面の推定に当たり、切羽前方の範囲の任意の解析点において反射により生ずる弾性波のうち回折波の重合処理を行い、反射波を検出し、さらに、前記解析点の間隔は弾性波伝播距離が弾性波波長の最小値の４分の１を超えない範囲に設定する、ことを要旨とする。 In order to achieve the above object, the tunnel elastic wave exploration method of the present invention is provided with a blast hole in a face in a tunnel pit and loaded with explosive, and a seismometer and a recording device are installed at a predetermined position away from the face. Then, the seismometer receives and measures the elastic wave generated by detonating the explosive, and records it in the recording device every time the face digging is repeated, and reaches directly from the elastic wave recorded in the recording device every time the face digs. The wave is extracted, the elastic wave velocity distribution in the tunnel tunnel of the face is estimated based on the direct wave, the reflected wave is extracted from the elastic wave recorded in the recording device every time the face is drilled, and the reflected wave is extracted. Based on the estimation of the reflection point and the reflection surface, the geological structure in front of the face is estimated from the distribution pattern of the reflection point and the reflection surface, and the resolution required for exploring the geological structure in front of the face when extracting the reflected wave of While setting a large value and the minimum value, it sets the acoustic wave wavelength used in the analysis four times the resolution, to calculate the reflected wave propagation speed based on the acoustic wave velocity of said tunnel underground calculated from the direct wave The elastic wave frequency used for the analysis is set from the reflected wave propagation velocity, and the estimation of the reflection point and the reflection surface is performed by superposing the diffracted wave among the elastic waves generated by reflection at an arbitrary analysis point in the range in front of the face. And the reflected wave is detected, and the interval between the analysis points is set so that the elastic wave propagation distance does not exceed a quarter of the minimum value of the elastic wave wavelength.

また、本発明のトンネル弾性波探査システムは、トンネル坑内に設置され、発破を震源とする弾性波を計測する地震計、及び前記地震計により計測される弾性波を記録する記録装置と、前記記録装置により記録された弾性波の解析を行う解析装置とを備え、前記解析装置は、前記記録装置に切羽掘進毎に記録された弾性波から直達波を抽出して、当該直達波に基づいて切羽のトンネル坑内の弾性波速度を測定する直達波処理手段と、前記記録装置に切羽掘進毎に記録された弾性波から反射波を抽出して、当該反射波に基づいて弾性波の反射点及び反射面を推定するとともに、当該反射点及び反射面の分布パターンから切羽前方の地質構造を推定する反射波処理手段とを有し、前記反射波処理手段は、前記反射波の抽出に当たり、切羽前方の地質構造の探査に要求される分解能の最大値及び最小値を設定する一方、解析に使用する弾性波波長を分解能の４倍に設定し、前記直達波から算出した前記トンネル坑内の弾性波速度に基づいて反射波伝播速度を算出して、当該反射波伝播速度から解析に使用する弾性波周波数を設定し、前記反射点及び反射面の推定に当たり、切羽前方の範囲の任意の解析点において反射により生ずる弾性波のうち回折波の重合処理を行い、反射波を検出し、さらに、前記解析点の間隔は弾性波伝播距離が弾性波波長の最小値の４分の１を超えない範囲に設定する、ことを要旨とする。
また、このシステムにおいて、地震計は、発破を起爆する発破器の爆薬に点火電流を供給するための発破母線に設置され、発破点火時の電流を検出し、電流検出信号を出力する非接触式の電流センサと、トンネル坑壁に設置され、発破による弾性波の振動を計測し、振動計測信号を出力する可搬型の電気機械式の受振センサと、前記電流センサの電流検出信号に基づいてパルス信号を出力し、前記受振センサの振動計測信号に基づいて弾性波信号を出力する検知器とにより構成され、記録装置は、前記検知器から出力される前記パルス信号及び前記弾性波信号を記録する可搬型の不揮発性の記憶装置が採用され、前記電流センサ及び前記受振センサは前記検知器を介して前記記憶装置に電気的に接続されることが望ましい。
この場合、受振センサはジオフォンが採用されることが好ましい。
記憶装置はＩＣレコーダが採用されることが好ましい。
また、この場合、検知器及び記憶装置は別体に構成されてもよく一体に構成されてもよい。 Further, the tunnel elastic wave exploration system of the present invention includes a seismometer that is installed in a tunnel mine and measures an elastic wave having a blast as an epicenter, a recording device that records the elastic wave measured by the seismometer, and the recording An analysis device for analyzing the elastic wave recorded by the device, wherein the analysis device extracts a direct wave from the elastic wave recorded for each face digging in the recording device, and based on the direct wave, the face A direct wave processing means for measuring the elastic wave velocity in the tunnel mine, and extracting a reflected wave from the elastic wave recorded for each face digging in the recording device, and reflecting the reflection point and reflection of the elastic wave based on the reflected wave And a reflected wave processing means for estimating the geological structure in front of the face from the reflection point and the distribution pattern of the reflection surface, and the reflected wave processing means in the extraction of the reflected wave, Earth While setting the maximum and minimum values of the resolution required to exploration of the structural, it sets the acoustic wave wavelength used in the analysis four times the resolution, based on the acoustic wave velocity of said tunnel underground calculated from the direct wave The reflected wave propagation velocity is calculated, the elastic wave frequency used for the analysis is set from the reflected wave propagation velocity, and the reflection point and the reflection surface are estimated by the reflection at an arbitrary analysis point in the range in front of the face. Performing an overlapping process of diffracted waves among the elastic waves, detecting reflected waves, and setting the interval between the analysis points to a range where the elastic wave propagation distance does not exceed a quarter of the minimum value of the elastic wave wavelength; This is the gist.
In this system, the seismometer is installed in the blast bus for supplying the ignition current to the explosive of the blasting device that detonates the blast, detects the current at the time of blasting ignition, and outputs a current detection signal Current sensor, a portable electromechanical vibration sensor that measures vibration of elastic waves caused by blasting and outputs a vibration measurement signal, and a pulse based on the current detection signal of the current sensor. And a detector that outputs an elastic wave signal based on a vibration measurement signal of the vibration receiving sensor, and the recording device records the pulse signal and the elastic wave signal output from the detector. It is desirable that a portable non-volatile storage device is employed, and the current sensor and the vibration receiving sensor are electrically connected to the storage device via the detector.
In this case, it is preferable that a geophone is adopted as the vibration receiving sensor.
The storage device is preferably an IC recorder.
In this case, the detector and the storage device may be configured separately or integrally.

本発明のトンネル弾性波探査方法及びこの方法に用いるトンネル弾性波探査システムによれば、切羽の発破を震源とする弾性波を地震計で受振、計測し、記録装置に記録することを切羽掘進毎に繰り返し、切羽掘進毎に記録装置に記録された弾性波から直達波を抽出し、当該直達波に基づいて切羽のトンネル坑内の弾性波速度分布を推定するようにしたので、トンネル坑内の弾性波探査をトンネルの掘削作業に組み込み、日常の作業に影響を受けることなしに弾性波探査を行うことができ、また、トンネル坑内の弾性波速度を切羽の掘削直後に把握し、支保設計の評価、検証に活用することができる。
また、この方法及びシステムによれば、切羽掘進毎に記録装置に記録された弾性波から反射波を抽出し、当該反射波に基づいて反射点及び反射面を推定するとともに、当該反射点及び反射面の分布パターンから切羽前方の地質構造を推定し、反射波の抽出に当たり、切羽前方の地質構造の探査に要求される分解能の最大値及び最小値を設定する一方、解析に使用する弾性波波長を分解能の４倍に設定し、直達波から算出したトンネル坑内の弾性波速度に基づいて反射波伝播速度を算出して、当該反射波伝播速度から解析に使用する弾性波周波数を設定し、反射点及び反射面の推定に当たり、切羽前方の範囲の任意の解析点において反射により生ずる弾性波のうち回折波の重合処理を行い、反射波を検出し、さらに、解析点の間隔は弾性波伝播距離が弾性波波長の最小値の４分の１を超えない範囲に設定するようにしたので、トンネルの切羽前方の探査区間の地質構造を切羽掘削の直後に推定することができ、また、切羽前方探査の反射面の位置決め精度の向上を図ることができ、さらに、切羽前方探査に求められる地質構造を推定することができる。
このようにしてトンネル坑内弾性波の調査、トンネル切羽前方の探査の２つの探査を一括して実施することができる。
また、このトンネル弾性波探査システムでは、特に、地震計が、発破器の発破母線に設置され、発破点火時の電流を検出し、電流検出信号を出力する非接触式の電流センサと、トンネル坑壁に設置され、発破による弾性波の振動を計測し、振動計測信号を出力するジオフォンなどの可搬型の電気機械式の受振センサと、電流センサの電流検出信号に基づいてパルス信号を出力し、受振センサの振動計測信号に基づいて弾性波信号を出力する検知器とにより構成され、記録装置は、検知器から出力されるパルス信号及び弾性波信号を記録するＩＣレコーダなどの可搬型の不揮発性の記憶装置が採用され、電流センサ及び受振センサは検知器を介して記憶装置に電気的に接続されるので、通常のトンネルで使用する発破器の発破信号（発破時刻）を確実かつ安全に検出して、弾性波信号を検出することができ、弾性波測定の準備や作業を確実かつ容易に行うことができる。そして、発破信号の検出に非接触式の電流センサが用いられ、受振センサにジオフォンなどの可搬型の電気機械式の受振センサが採用され、記録装置にＩＣレコーダなどの不揮発性の記憶装置が採用されるので、各信号の記録の準備や作業を確実かつ容易に行うことができる。さらに、ＩＣレコーダを用いた弾性波探査により、トンネル坑内の地山の弾性波速度を評価することで、より的確な地山分類が可能となり、トンネルの設計及び施工に反映することができる。 According to the tunnel elastic wave exploration method of the present invention and the tunnel elastic wave exploration system used in this method, the seismometer receives and measures the elastic wave with the blast of the face as the epicenter, and records it in the recording device every time the face excavates. Repeatedly, the direct wave was extracted from the elastic wave recorded in the recording device every time the face was excavated, and the elastic wave velocity distribution in the face tunnel was estimated based on the direct wave. Exploration can be incorporated into tunnel excavation work, and elastic wave exploration can be performed without being affected by daily work.In addition, the elastic wave velocity inside the tunnel mine is grasped immediately after excavation of the face, and the support design is evaluated. It can be used for verification.
Further, according to this method and system, the reflected wave is extracted from the elastic wave recorded in the recording device every time the face is drilled, the reflection point and the reflection surface are estimated based on the reflected wave, and the reflection point and the reflection surface are estimated. Estimate the geological structure in front of the face from the surface distribution pattern, and set the maximum and minimum resolutions required for exploring the geological structure in front of the face when extracting reflected waves. It was set to four times the resolution, to calculate the reflected wave propagation speed based on the acoustic wave velocity of a tunnel underground calculated from direct wave, and set the acoustic wave frequency used in the analysis of the reflected wave propagation speed, the reflection When estimating points and reflecting surfaces, the diffracted waves are superposed on the elastic waves generated by reflection at any analysis point in front of the face, and the reflected waves are detected. Since the separation is set to a range that does not exceed a quarter of the minimum value of the elastic wave wavelength, the geological structure of the exploration section in front of the face of the tunnel can be estimated immediately after the face excavation. It is possible to improve the positioning accuracy of the reflection surface for the forward exploration, and to estimate the geological structure required for the forward exploration of the face.
In this way, two explorations, ie, a survey of elastic waves in the tunnel mine and a survey in front of the tunnel face, can be carried out in a lump.
Also, in this tunnel elastic wave exploration system, in particular, a seismometer is installed on the blast bus of the blaster, detects a current at the time of blast ignition, and outputs a current detection signal; It is installed on the wall, measures the vibration of elastic waves caused by blasting, and outputs a pulse signal based on a portable electromechanical vibration sensor such as a geophone that outputs a vibration measurement signal and the current detection signal of the current sensor, And a detector that outputs an elastic wave signal based on the vibration measurement signal of the vibration receiving sensor, and the recording device is a portable non-volatile device such as an IC recorder that records the pulse signal and the elastic wave signal output from the detector. , The current sensor and the vibration sensor are electrically connected to the storage device via the detector, so the blasting signal (blasting time) of the blaster used in a normal tunnel Reliably and safely detected, it is possible to detect the acoustic wave signal, can prepare and work of the elastic wave measurement reliably and easily. A non-contact current sensor is used to detect the blast signal, a portable electromechanical vibration sensor such as a geophone is employed as the vibration sensor, and a non-volatile storage device such as an IC recorder is employed as the recording device. Therefore, it is possible to reliably and easily prepare and record each signal. Furthermore, by evaluating the elastic wave velocity of the natural ground in the tunnel mine by elastic wave exploration using an IC recorder, it is possible to classify the natural ground more accurately, which can be reflected in the design and construction of the tunnel.

本発明の一実施の形態におけるトンネル弾性波探査方法を示す流れ図The flowchart which shows the tunnel elastic wave search method in one embodiment of this invention 同方法を実施するためのトンネル弾性波探査システムを示すブロック図Block diagram showing tunnel elastic wave exploration system for implementing the method 同方法による探査状況を示す斜視図Perspective view showing the status of exploration by this method 同方法による探査状況を示す平面図Plan view showing exploration status by the same method 同方法に用いる地震計の設置状態を示す図The figure which shows the installation state of the seismometer used for the same method 同方法において起振点となる切羽に削孔する掘削用発破孔、探査用発破孔を示す図Diagram showing excavation blast holes and exploration blast holes drilled in the face that will be the starting point in the same method 同方法に用いる地震計及びデジタル記録装置の配置と探査用発破の位置を示す斜視図Perspective view showing the location of the seismometer and digital recording device used in the method and the location of the exploration blast 同方法において発破毎の各探査用発破の位置で発振された弾性波の起振点距離を示す図The figure which shows the starting point distance of the elastic wave oscillated at the position of each exploration blast for each blast in the same method 同方法において弾性波の受振点への到達時間を示す図The figure which shows the arrival time to the receiving point of an elastic wave in the same method 同方法において発破毎の各探査用発破の位置で発振された直達波の起振点距離及び地山弾性波速度を示す図The figure which shows the excitation point distance of the direct wave oscillated at the position of each exploration blast for each blast and the natural ground elastic wave velocity in the same method 同方法において反射波の処理プロセスを示す流れ図Flow chart showing the reflected wave processing process in the same method 同方法において発破毎の各探査用発破の位置で発振された反射波の起振点距離及び地山弾性波速度を示す図The figure which shows the excitement point distance of the reflected wave oscillated at the position of each exploration blast for each blast in the same method and the ground elastic wave velocity 同方法において切羽前方の地質構造の推定に用いる反射面及び反射点の分布パターンを示す図The figure which shows the distribution pattern of the reflective surface used for estimation of the geological structure ahead of the face in the same method, and a reflective point 同方法による切羽前方の地質構造の推定において、複数の反射面の解析範囲が重複する場合を示す図The figure which shows the case where the analysis range of two or more reflective surfaces overlaps in the estimation of the geological structure ahead of the face by the same method 同方法において位相変化の分布パターンにより推定する断層又は貫入岩を示す図Figure showing faults or intrusions estimated by phase change distribution pattern in the same method 同方法に用いるトンネル弾性波探査システムの特に地震計及び記録装置の構成の一例を示す図The figure which shows an example of a structure of a seismometer and a recording device of the tunnel elastic wave exploration system used for the method in particular 同方法及びトンネル弾性波探査システムとして採用する各種機材を用いた弾性波探査のイメージを示す図The figure which shows the image of the elastic wave exploration using various equipment adopted as the method and tunnel elastic wave exploration system

次に、この発明を実施するための形態について図を用いて説明する。図１にトンネル弾性波探査方法を示し、図２にこの探査方法を実施するためのトンネル弾性波探査システムを示している。 Next, embodiments for carrying out the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 1 shows a tunnel elastic wave exploration method, and FIG. 2 shows a tunnel elastic wave exploration system for carrying out this exploration method.

図１に示すように、このトンネル弾性波探査方法は、トンネル坑内の切羽から離れた後方所定の位置に地震計及びデジタル記録装置を設置するとともに、切羽に発破孔を設けて爆薬を装填し、爆薬を起爆して発生する弾性波（地震波）を地震計で受振、計測し、デジタル記録装置に記録することを切羽掘進毎に繰り返し、切羽掘進毎にデジタル記録装置に記録された弾性波から直達波を抽出して、当該直達波に基づいて切羽のトンネル坑内の弾性波速度分布を推定し、切羽掘進毎にデジタル記録装置に記録された弾性波から反射波を抽出して、当該反射波に基づいて反射点及び反射面を推定するとともに、当該反射点及び反射面の分布パターンから切羽前方の地質構造を推定し、トンネル坑内弾性波の調査、トンネル切羽前方の探査の２つの探査を一括して実施する。 As shown in FIG. 1, in this tunnel elastic wave exploration method, a seismometer and a digital recording device are installed at a predetermined position away from the face in the tunnel mine, and a blast hole is provided in the face to load an explosive, The seismometer receives and measures the elastic waves (earthquake waves) generated by detonating explosives and records them on a digital recording device every time the face digs up, reaching directly from the elastic waves recorded on the digital recorder every time the face digs up The wave is extracted, the elastic wave velocity distribution in the tunnel tunnel of the face is estimated based on the direct wave, and the reflected wave is extracted from the elastic wave recorded in the digital recording device every time the face is drilled. In addition to estimating the reflection point and the reflection surface based on the distribution pattern of the reflection point and the reflection surface, the geological structure in front of the face is estimated. It carried out collectively 査.

図２に示すように、トンネル弾性波探査システムは、トンネル坑内に設置され、発破を震源とする弾性波（地震波）を計測する地震計１、及び地震計１により計測される弾性波を記録するデジタル記録装置２と、デジタル記録装置２により記録された弾性波の解析を行う解析装置としてのＰＣ（パーソナルコンピュータ）３とを備えて構成され、特に、ＰＣ３は、記録装置２に切羽掘進毎に記録された弾性波から直達波を抽出し、当該直達波に基づいて切羽のトンネル坑内の弾性波速度を測定する手段としての直達波処理プログラム３１、及び記録装置２に切羽掘進毎に記録された弾性波から反射波を抽出し、当該反射波に基づいて弾性波の反射点及び反射面を推定するとともに、当該反射点及び反射面の分布パターンから切羽前方の地質構造を推定する手段としての反射波処理プログラム３２を有し、弾性波の解析により得られた坑内弾性波速度及び切羽前方の地質構造をディスプレイに表示する。 As shown in FIG. 2, the tunnel elastic wave exploration system is installed in a tunnel mine and records an elastic wave measured by the seismometer 1 that measures an elastic wave (seismic wave) with a blast as an epicenter. The digital recording device 2 and a PC (personal computer) 3 as an analysis device for analyzing the elastic wave recorded by the digital recording device 2 are configured. A direct wave is extracted from the recorded elastic wave and recorded in the direct wave processing program 31 as a means for measuring the elastic wave velocity in the tunnel tunnel of the face based on the direct wave and the recording device 2 every time the face is cut. The reflected wave is extracted from the elastic wave, the reflection point and the reflection surface of the elastic wave are estimated based on the reflected wave, and the geological structure ahead of the face is determined from the distribution pattern of the reflection point and the reflection surface. Has a reflected wave processing program 32 as a means for estimating a, it displays the downhole seismic velocity and the working face in front of geologic structure obtained by the analysis of the acoustic wave on the display.

以下、この探査方法及び探査システムについて詳述する。
１．探査
この探査方法による探査時の探査状況を図３及び図４に模式的に示している。図３及び図４に示すように、まず、掘削完了区間の切羽Ｔ１後方所定の位置の坑壁壁面に地震計１をデジタル記録装置２とともに設置する。この場合、地震計１の設置位置は変えないで、固定とする。また、この場合、弾性波の受振点として、図５に示すように、壁面を２ｍ以上削孔した孔Ｔ２に地震波ガイド１１を挿入し、この孔Ｔ２にグラウト材４を注入して、地震波ガイド１１をトンネル坑壁の地山に一体化し、この地震波ガイド１１に地震計１をクランプ、ねじなどにより圧接して接合する。なお、地震波ガイド１１は振動の伝導を助ける棒鋼などが用いられ、ロックボルトを転用することも可能である。地震計１とデジタル記録装置２は通信ケーブル１２を介して接続し、データ収録を行う。データ収録後、デジタル記録装置２をＵＳＢケーブル２３（図２参照）によりＰＣ３（図２参照）に接続し、データ処理を行う。
次いで、図６に示すように、起振点となる切羽Ｔ１に掘削用発破孔Ｔ１２とともに探査用発破孔Ｔ１１を削孔する。この場合、探査用発破孔Ｔ１１は高さを地震波ガイド１１と同一とし、地震波ガイド１１を切羽Ｔ１の右側に設置した場合、この探査用発破Ｔ１１を切羽の右端部に設け、地震波ガイド１１を切羽Ｔ１の左側に設置した場合は、この探査用発破Ｔ１１を切羽Ｔ１の左端部に設ける。掘削用、探査用の各発破孔Ｔ１２、Ｔ１１に爆薬を装填し、掘削用発破は段発***により起爆させ、探査用発破は瞬発***により起爆させる。そして、図示されない発破スイッチ（発破器の信号）とデジタル記録装置２とを作動連結し、各発破の起爆と同時にデジタル記録装置２を作動させて、地震計１で受振、計測した弾性波を記録するものとする。また、この準備作業の際に、併せて切羽Ｔ１と地震計１との間の距離を計測し、デジタル記録装置２に記録しておく。 Hereinafter, this exploration method and exploration system will be described in detail.
1. Exploration The exploration status during exploration by this exploration method is schematically shown in FIGS. As shown in FIGS. 3 and 4, first, the seismometer 1 is installed together with the digital recording device 2 on the wall surface of the well wall at a predetermined position behind the face T1 in the excavation completion section. In this case, the installation position of the seismometer 1 is not changed and is fixed. Further, in this case, as shown in FIG. 5, the seismic wave guide 11 is inserted into a hole T2 having a wall surface drilled by 2 m or more as a receiving point of the elastic wave, and the grout material 4 is injected into the hole T2 to thereby receive the seismic wave guide. 11 is integrated with the ground of the tunnel pit wall, and the seismometer 1 is pressed and joined to the seismic wave guide 11 with a clamp, a screw or the like. Note that the seismic wave guide 11 is made of a steel bar or the like that helps conduct vibration, and a lock bolt can be used. The seismometer 1 and the digital recording device 2 are connected via a communication cable 12 to record data. After data recording, the digital recording device 2 is connected to the PC 3 (see FIG. 2) by the USB cable 23 (see FIG. 2) to perform data processing.
Next, as shown in FIG. 6, the exploration blast hole T11 is drilled together with the excavation blast hole T12 in the face T1 serving as an oscillation point. In this case, if the height of the exploration blast hole T11 is the same as that of the seismic wave guide 11 and the seismic wave guide 11 is installed on the right side of the face T1, the exploration blast T11 is provided at the right end of the face, and the seismic wave guide 11 is provided. When installed on the left side of T1, this exploration blast T11 is provided at the left end of the face T1. Explosives are loaded into the excavation and exploration blast holes T12 and T11, the excavation blast is initiated by a stepped detonator, and the exploration blast is initiated by an instantaneous detonator. Then, a blasting switch (blasting device signal) (not shown) and the digital recording device 2 are operatively connected, and the digital recording device 2 is operated simultaneously with the initiation of each blasting, and the elastic wave received and measured by the seismometer 1 is recorded. It shall be. At the time of this preparatory work, the distance between the face T1 and the seismometer 1 is also measured and recorded in the digital recording device 2.

このようにして、切羽Ｔ１の掘削に当たり、発破スイッチをＯＮ操作して、切羽Ｔ１に装填した爆薬を起爆させると、切羽Ｔ１が***し、この爆発によって切羽Ｔ１から発生した弾性波は地山を伝播し、これが切羽Ｔ１後方の地震波ガイド１１に到達する。この地震波ガイド１１に到達した弾性波は地震計１で受振計測され、これがデジタル記録装置２に記録される。なお、地震計１及びデジタル記録装置２はこの弾性波の計測、記録後、自動的に停止される。
このように切羽掘削とともに、弾性波の受振、計測点は変えないで弾性波の受振、計測及び記録を切羽掘進サイクル毎に繰り返す。
そして、デジタル記録装置２に記録された各切羽Ｔ１の弾性波データは順次ＰＣ３に転送され、後述のとおり、ＰＣ３内に格納された直達波処理プログラム３１及び反射波処理プログラム３２により解析されて、その解析結果により、トンネル坑内Ｔ０の弾性波速度分布を推定し、切羽Ｔ１前方の地質変化面の位置及び地質構造を推定しながら、掘削済み区間の支保設計の評価、検証、及び切羽Ｔ１周囲の支保設計の決定を行い、必要な支保工を行いつつ、安全でかつ効率的な掘削作業を進める。 In this way, when excavating the face T1, when the blast switch is turned on to detonate the explosive loaded in the face T1, the face T1 is blown up, and the elastic wave generated from the face T1 due to this explosion is caused by the ground wave. This propagates and reaches the seismic wave guide 11 behind the face T1. The elastic wave reaching the seismic wave guide 11 is received and measured by the seismometer 1 and recorded in the digital recording device 2. The seismometer 1 and the digital recording device 2 are automatically stopped after measuring and recording the elastic wave.
Thus, along with the face excavation, the vibration reception, measurement and recording of the elastic wave are repeated for each face excavation cycle without changing the vibration reception and measurement points.
The elastic wave data of each face T1 recorded in the digital recording device 2 is sequentially transferred to the PC 3 and analyzed by a direct wave processing program 31 and a reflected wave processing program 32 stored in the PC 3 as will be described later. Based on the analysis results, the elastic wave velocity distribution in the tunnel mine T0 is estimated, the position and geological structure of the geological change surface in front of the face T1 is estimated, the support design of the excavated section is evaluated, verified, and the area around the face T1 Decide the support design and proceed with safe and efficient excavation while performing the necessary support work.

２．解析
２．１解析に関する共通事項
（１）探査機材の配置、探査用発破の位置
図７に既述の探査機材の配置と探査用発破の位置を示している。図７において、地震計（受振点）の位置をＯとし、探査用発破の位置をＳｉとし、この発破に続く次の探査用発破の位置を順次Ｓｉ＋１、Ｓｉ＋２、…Ｓｉ＋ｎとし、地震計と発破毎の各探査用発破の位置との間の距離をｓｉ、ｓｉ＋１、ｓｉ＋２、…ｓｉ＋ｎとする。
（２）発破毎の各探査用発破の位置で発振された弾性波の起振点距離
図８に発破毎の各探査用発破の位置で発振された弾性波の起振点距離を示している。図８に示すように、発破毎の各探査用発破の位置Ｓｉ、Ｓｉ＋１、Ｓｉ＋２で発振された弾性波はその伝播経路から直達波と反射波に区分され、それぞれ、地震計の位置Ｏで受振される。
（３）弾性波の到達時間
図９に弾性波の受振点への到達時間を示している。図９に示すように、発破毎の各探査用発破の位置Ｓｉ、Ｓｉ＋１、Ｓｉ＋２、…で発振された各直達波の到達時間をｔｄｉ、ｔｄｉ＋１、ｔｄｉ＋２、…とし、発破毎の各探査用発破の位置Ｓｉ、Ｓｉ＋１、Ｓｉ＋２、…で発振された各反射波の到達時間をｔｒｉ、ｔｒｉ＋１、ｔｒｉ＋２、…とする。 2. Analysis 2.1 Common Items Related to Analysis (1) Arrangement of exploration equipment and location of exploration blast Figure 7 shows the arrangement of exploration equipment and the location of exploration blast described above. In FIG. 7, the position of the seismometer (receiving point) is O, the position of exploration blast is Si, the next exploration blast position following this blast is Si + 1, Si + 2, ... Si + n, and the seismometer and blast It is assumed that the distance between each exploration blast position is si, si + 1, si + 2,.
(2) Excitation point distance of elastic wave oscillated at each exploration blast position for each blasting FIG. 8 shows the excitation point distance of elastic wave oscillated at each exploration blast position for each blasting. . As shown in FIG. 8, elastic waves oscillated at each exploration blast position Si, Si + 1, Si + 2 for each blast are divided into direct waves and reflected waves from their propagation paths, and are received at seismometer position O, respectively. Is done.
(3) Elastic Wave Arrival Time FIG. 9 shows the arrival time of the elastic wave at the receiving point. As shown in FIG. 9, the arrival time of each direct wave oscillated at each exploration blast position Si, Si + 1, Si + 2,... For each blast is tdi, tdi + 1, tdi + 2,. The arrival times of the reflected waves oscillated at the positions Si, Si + 1, Si + 2,... Are defined as tri, tri + 1, tri + 2,.

２．２トンネル坑内弾性波の推定
まず、トンネル坑内弾性波の推定を行う。図１０に発破毎の各探査用発破の位置で発振された直達波の起振点距離及び到達時間のみを示している。図１０に例示したように、坑内弾性波速度は連続する２回の直達波の探査結果を用い、式（１）により算出する。

2.2 Estimation of tunnel tunnel elastic waves First, tunnel tunnel elastic waves are estimated. FIG. 10 shows only the excitation point distance and arrival time of the direct wave oscillated at the position of each exploration blast for each blast. As illustrated in FIG. 10, the downhole elastic wave velocity is calculated by the equation (1) using the search results of two continuous direct waves.

２．３トンネル切羽前方の探査
続いて、トンネル切羽前方の探査を図１１に示す反射波の処理プロセスに従って行う。
（１）反射波伝播速度の算出
図１２に発破毎の各探査用発破の位置で発振され、切羽前方で反射された反射波の起振点距離及び到達時間のみを示している。図１２において、弾性波の切羽直近の発振位置がＳｉ＋ｎのときに、この解析で使用する反射波の伝播速度（Ｖｉ＋ｎ）は探査区間の平均坑内弾性波速度を用い、式（２）により算出する。

（２）反射波の波形処理
発破毎の各探査用発破の位置で発振された弾性波はデジタル記録装置に時間及び振幅が記録され、反射波を検出するために、次のステップにより波形処理を行う。なお、この解析に用いる弾性波記録は１６点以上を目安とし、２０点以上が好ましい。
（ステップ１）
探査に要求する分解能の最大値及び最小値を設定する。ここで、解析に使用する弾性波波長（λ）は分解能の４倍に設定する。例えば、要求分解能の最大値を５．０ｍ、最小値を２．０ｍのとき、λｍａｘ＝２０．０ｍ、λｍｉｎ＝８．０ｍに設定する。
（ステップ２）
上記（１）により算出した反射波伝播速度から解析に使用する弾性波周波数（ｆ）を設定する。反射波伝播速度が５，０００ｍ／ｓｅｃのとき、弾性波周波数はｆｍｉｎ＝２５０Ｈｚ（λｍａｘ＝２０ｍ）、ｆｍａｘ＝６２５Ｈｚ（λｍｉｎ＝８ｍ）
（ステップ３）
解析に用いる弾性波はバンドパスフィルター処理によりｆｍｉｎ以上及びｆｍａｘ以下を使用する。
（ステップ４）
弾性波到達時間に反射波伝播速度（Ｖｉ＋ｎ）を乗算し、弾性波伝播距離−振幅の関係を求める。
（ステップ５）
伝播距離の減衰を補正するため、振幅を自乗し、弾性波伝播距離−反射エネルギー（：振幅の自乗）の関係を求める。ここで、反射エネルギーの極性（正負）を乗算する。
（ステップ６）
各探査の最大振幅（直達波振幅）を基準として、反射エネルギーの正規化を行う。
（ステップ７）
起振点距離、弾性波伝播距離及び波形処理後の弾性波振幅からなる複数のデータセットを作成する。
（３）反射面の推定
切羽前方の範囲の任意の解析点において反射により生ずる弾性波のうち、回折波の重合処理を行い、反射波を検出する。この重合処理では、あるデータセットにおいて、切羽前方の任意の解析点における回折波の伝播距離を求め、その位置の弾性波振幅（波形処理後）を求める。さらに、異なるデータセットにおいて、切羽前方の任意の解析点における回折波の伝播距離を求め、その位置の弾性波振幅（波形処理後）を求める。すべてのデータセットに対して同様のプロセスを繰り返し、求められた弾性波振幅（波形処理後）を加算（重合処理）し、反射エネルギーを求める。この場合、解析点間隔は伝播距離がλｍｉｎの１／４を超えない範囲に設定する。すべての解析点において、反射エネルギーの絶対値が最も大きいものを第１反射点と推定する。第１反射点の周囲の解析点のうち、反射経路差がλｍａｘ／２となる範囲（反射面解析範囲）の解析点において、第１反射点と同位相の反射エネルギーを示す反射点を選択し、反射エネルギーの絶対値を比較し、最も大きな値を示す点を第２反射点と推定する。そして、第１反射点と第２反射点を含む面を、反射面と推定する。同様の処理を繰り返し、第３反射点と第４反射点を含む面、第５反射点と第６反射点を含む面をそれぞれ、反射面と推定する。
（４）切羽前方の地質構造の推定
図１３に反射面及び反射点の分布パターンを示している。この反射面及び反射点の分布パターンから、次の手順で切羽前方の地質構造を推定する。
反射面解析範囲において反射面が単独で検出される場合、地質境界と推定する。このとき、反射エネルギーの位相の変化パターンから、軟質岩盤から硬質岩盤に変化する地質境界、又は硬質岩盤から軟質岩盤に変化する地質境界と推定する。
複数の反射面の解析範囲が重複する場合（図１４参照）、次のような判定基準により地質構造を推定する。
（ａ）同位相又は逆位相の反射面が複数出現する場合、反射面は岩種境界と推定し、反射面を大きな反射エネルギーを示す反射点を含む反射面とする。硬軟の変化は図１３による。
（ｂ）異なる位相の反射面が出現する場合、位相変化の分布パターンにより断層又は貫入岩を推定する（図１５参照）。

2.3 Exploration in front of tunnel face Next, exploration in front of the tunnel face is performed according to the reflected wave processing process shown in FIG.
(1) Calculation of Reflected Wave Propagation Speed FIG. 12 shows only the oscillation point distance and arrival time of the reflected wave that is oscillated at each blast position for each blast and reflected in front of the face. In FIG. 12, when the oscillation position nearest to the face of the elastic wave is Si + n, the propagation velocity (Vi + n) of the reflected wave used in this analysis is calculated by the equation (2) using the average underground elastic wave velocity in the exploration section. The

(2) Waveform processing of reflected wave The elastic wave oscillated at each exploration blast position for each blast is recorded in the digital recording device with time and amplitude. In order to detect the reflected wave, waveform processing is performed by the following steps. Do. The elastic wave recording used for this analysis is 16 points or more, and preferably 20 points or more.
(Step 1)
Set the maximum and minimum resolutions required for exploration. Here, the elastic wave wavelength (λ) used for the analysis is set to four times the resolution. For example, when the required resolution has a maximum value of 5.0 m and a minimum value of 2.0 m, λmax = 20.0 m and λmin = 8.0 m are set.
(Step 2)
The elastic wave frequency (f) used for the analysis is set from the reflected wave propagation velocity calculated by (1) above. When the reflected wave propagation speed is 5,000 m / sec, the elastic wave frequency is fmin = 250 Hz (λmax = 20 m), fmax = 625 Hz (λmin = 8 m).
(Step 3)
The elastic wave used for the analysis uses fmin or more and fmax or less by bandpass filter processing.
(Step 4)
The elastic wave arrival time is multiplied by the reflected wave propagation velocity (Vi + n) to obtain the elastic wave propagation distance-amplitude relationship.
(Step 5)
In order to correct the attenuation of the propagation distance, the amplitude is squared, and the relationship of elastic wave propagation distance-reflected energy (: square of amplitude) is obtained. Here, the polarity (positive / negative) of the reflected energy is multiplied.
(Step 6)
The reflected energy is normalized based on the maximum amplitude (direct wave amplitude) of each exploration.
(Step 7)
A plurality of data sets including an oscillation point distance, an elastic wave propagation distance, and an elastic wave amplitude after waveform processing are created.
(3) Estimation of reflection surface Of the elastic wave generated by reflection at an arbitrary analysis point in the range in front of the face, a diffracted wave is superposed to detect the reflected wave. In this superposition processing, the propagation distance of the diffracted wave at an arbitrary analysis point in front of the face is obtained in a certain data set, and the elastic wave amplitude (after waveform processing) at that position is obtained. Further, in a different data set, the propagation distance of the diffracted wave at an arbitrary analysis point in front of the face is obtained, and the elastic wave amplitude (after waveform processing) at that position is obtained. The same process is repeated for all data sets, and the obtained elastic wave amplitudes (after waveform processing) are added (polymerization processing) to obtain the reflected energy. In this case, the analysis point interval is set to a range in which the propagation distance does not exceed ¼ of λmin. At all analysis points, the one with the largest absolute value of the reflected energy is estimated as the first reflection point. Among the analysis points around the first reflection point, a reflection point showing reflection energy having the same phase as the first reflection point is selected at an analysis point in a range where the reflection path difference is λmax / 2 (reflection surface analysis range). The absolute values of the reflected energy are compared, and the point showing the largest value is estimated as the second reflection point. A surface including the first reflection point and the second reflection point is estimated as a reflection surface. Similar processing is repeated, and a surface including the third reflection point and the fourth reflection point, and a surface including the fifth reflection point and the sixth reflection point are estimated as reflection surfaces, respectively.
(4) Estimation of the geological structure in front of the face FIG. 13 shows the distribution pattern of the reflection surface and reflection points. The geological structure ahead of the face is estimated from the distribution pattern of the reflecting surface and the reflecting points by the following procedure.
When a reflection surface is detected alone in the reflection surface analysis range, it is estimated as a geological boundary. At this time, it is estimated from the change pattern of the phase of the reflected energy that the geological boundary changes from soft rock to hard rock, or the geological boundary changes from hard rock to soft rock.
When the analysis ranges of a plurality of reflecting surfaces overlap (see FIG. 14), the geological structure is estimated according to the following criteria.
(A) When a plurality of reflection surfaces having the same phase or opposite phases appear, the reflection surface is assumed to be a rock type boundary, and the reflection surface is a reflection surface including a reflection point showing a large reflection energy. The change in hardness is shown in FIG.
(B) When reflection surfaces having different phases appear, a fault or an intruding rock is estimated based on a distribution pattern of phase changes (see FIG. 15).

以上説明したように、このトンネル弾性波探査方法及びシステムは、トンネルの掘削進行に伴う毎回の発破を震源とする弾性波から、トンネル坑内弾性波の調査及びトンネル切羽前方の探査の２つの探査を一括して行うので、次のような効果を奏する。
（１）坑内弾性波探査を発破掘削作業に組み込むことができ、これにより、日常の作業に影響を受けることなしに弾性波探査を行うことができる。
（２）坑内弾性波速度を掘削直後に把握することができ、これを支保設計の評価、検証に活用することができる。
（３）トンネル切羽前方の探査区間の地質構造の推定をトンネル掘削直後に把握することができる。
（４）発破毎のデータから、反射波速度を見直すことができ、この反射波速度の見直しにより、切羽前方の反射面の位置決め精度を向上させることができる。
（５）反射エネルギーの分布パターンから探査に求められる地質構造を推定することができる。 As described above, this tunnel elastic wave exploration method and system is capable of performing two explorations: an elastic wave whose source is a blast every time a tunnel is excavated, an investigation of elastic waves in the tunnel mine and an exploration in front of the tunnel face. Since it is performed collectively, the following effects are produced.
(1) The underground elastic wave exploration can be incorporated into the blast excavation work, whereby the elastic wave exploration can be performed without being affected by daily work.
(2) The mine elastic wave velocity can be grasped immediately after excavation, and this can be utilized for evaluation and verification of support design.
(3) The geological structure of the exploration section ahead of the tunnel face can be grasped immediately after tunnel excavation.
(4) The reflected wave velocity can be reviewed from the data for each blast, and the positioning accuracy of the reflecting surface in front of the face can be improved by reviewing the reflected wave velocity.
(5) The geological structure required for exploration can be estimated from the distribution pattern of reflected energy.

このトンネル弾性波探査方法においては、既述のとおり、トンネル切羽で発破により発生する地震波をトンネル坑内で測定し、トンネル坑内の弾性波伝播状況を評価する手法を採っており、このような発破を震源とする弾性波探査では、発破時刻を正確に把握することが必要となる。一般的な弾性波探査では、弾性波探査用発破器を使用して、発破信号の検出を行っているが、このような弾性波探査用発破器は、特殊な機器であることから、専門の技術者（弾性波探査業者）でなければ取扱いが難しく、しかも高価なものであり、また、トンネル掘削における発破に比べて発破能力が不足するため、このような機材を通常のトンネル発破に用いることは困難で、通常のトンネル発破における発破信号の検知に使用されることはない。
トンネル掘削における発破では、発破器により電流を発生させ、電気***及び爆薬を起爆させるのが一般的である。そこで、発破時刻を把握するには発破器から発生する発破信号、すなわち、発破器から放出される点火電流を測定すればよいが、電気***と結線後に発破信号を直接測定すると、回路に異常な電流が流れ、誤爆が発生する恐れがあり、作業の安全上好ましくない。
そこで、取り扱いが安全かつ容易で、しかも安価な機材が求められる。 In this tunnel elastic wave exploration method, as described above, the seismic wave generated by blasting at the tunnel face is measured in the tunnel mine, and the method of evaluating the elastic wave propagation status in the tunnel mine is adopted. In seismic exploration as an epicenter, it is necessary to accurately grasp the blast time. In general seismic exploration, the blasting signal is detected using a seismic exploration blaster. However, such a seismic exploration blaster is a specialized device, so it is a specialized device. It is difficult to handle unless it is an engineer (elastic wave exploration company), and it is expensive. In addition, blasting capability is insufficient compared to blasting in tunnel excavation, so such equipment should be used for normal tunnel blasting. It is difficult to detect a blast signal in a normal tunnel blast.
In blasting in tunnel excavation, it is common to generate an electric current with a blaster and detonate an electric detonator and explosives. Therefore, to determine the blast time, it is only necessary to measure the blast signal generated from the blaster, that is, the ignition current emitted from the blaster. An electric current flows and an accidental explosion may occur, which is not preferable for work safety.
Therefore, there is a demand for equipment that is safe and easy to handle and inexpensive.

次に、トンネル弾性波探査システムに使用される各種の機材について説明する。
このトンネル弾性波探査方法においては、発破を起爆する装置として、発破器、電気***、発破器と***を接続する発破母線を用い、発破器により点火電流を発生させて電気***を爆発させ、この爆轟衝撃によって発破（爆薬）を起爆させている。
そこで、このトンネル弾性波探査システムでは、発破器から放出される点火電流（発破信号）を利用して発破時刻を把握する構成を採っている。 Next, various equipment used in the tunnel elastic wave exploration system will be described.
In this tunnel elastic wave exploration method, a blasting device, an electrical detonator, and a blasting bus that connects the blasting device and the detonator are used as devices for initiating blasting. The blasting device generates an ignition current to explode the electric detonator. Blasting (explosive) is detonated by detonation impact.
In view of this, this tunnel elastic wave exploration system employs a configuration in which the blasting time is grasped using the ignition current (blasting signal) emitted from the blasting device.

図１６にこのトンネル弾性波探査システムの特に地震計及び記録装置の具体的な構成を示している。
図１６に示すように、地震計１は、発破を起爆する発破器５の爆薬に点火電流を供給するための発破母線５１に設置され、発破点火時の電流を検出し、電流検出信号を出力する非接触式の電流センサ１０１と、トンネル坑壁に設置され、発破による弾性波の振動を計測し、振動計測信号を出力する電気機械式の受振センサ１０２と、これら電流センサ１０１及び受振センサ１０２と電気的に接続され、電流センサ１０１の電流検出信号に基いてパルス信号を出力し、受振センサ１０２の振動計測信号に基いて弾性波信号を出力する検知器１０３とを備えて構成される。
この場合、電流センサ１０１は直流電流センサが好ましく、ここでは一般に市販される非接触式の直流電流センサを採用する。この直流電流センサ１０１はリング状のギャップ付鉄芯とホール素子を組み合わせた構造を備え、直流電流を非接触で検出し、電気信号（電流検出信号）を出力するようになっている。
受振センサ１０２は可搬型の電気機械式の受振センサが好ましく、ここでは一般に市販されるジオフォンを採用する。このジオフォンは可動コイル型のジオフォンで、コイルと永久磁石とからなる受振器本体と、受振器本体の下部に設けられるスパイクとから構成され、測定点で振動を受けて、コイルと永久磁石との間で相対運動が生じ、この運動速度に比例する電圧を出力するようになっている。
検知器１０３は、電流センサ１０１を通信ケーブルにより接続し、電流センサ１０１から出力される電流検出信号を入力するための電流センサ接続部、及び電流センサ１０１から出力された電流検出信号に基いて発破信号（パルス信号）を生成するパルス信号生成部と、受振センサ１０２を通信ケーブルにより接続し、受振センサ１０２から出力される振動計測信号を入力するための受振センサ接続部、及び受振センサ１０２から出力された振動計測信号に基いて弾性波信号を生成する弾性波信号生成部と、記録装置２を通信ケーブルにより接続し、パルス信号生成部で生成されたパルス信号及び弾性波信号生成部で生成された弾性波信号を出力する共通の記録装置接続部とを備え、電流センサ１０１で検出した電流により発生する電圧変化からパルス信号を発生し、受振センサ１０２で出力される電圧変化から弾性波信号を発生するようになっている。
記録装置２は、このような地震計に対応し、検知器１０３に電気的に接続され、検知器１０３から出力されるパルス信号及び弾性波信号を記録する不揮発性の記憶装置、すなわち不揮発性の半導体メモリを記録媒体として用いたデータ記録装置が好ましく、ここでは一般に市販される携帯用のＩＣ（Integrated Circuit）レコーダを採用する。ＩＣレコーダは、フラッシュメモリやＳＤカードなどのカード型メモリを記録媒体として用いて、音声の記録や再生を行うようにした携帯型の音声記録再生装置で、マイクロホン、Ａ／Ｄ変換器、音声符号化部、音声復号部、Ｄ／Ａ変換器、スピーカ、フラッシュメモリ及び／又はカード型メモリ、情報伝送部、出力端子などを備え、マイクロホンを通じて入力された音声信号をＡ／Ｄ変換器によりデジタルデータに変換し、音声符号化部で圧縮符号化した後、フラッシュメモリ又はカード型メモリに記録し、また、このフラッシュメモリ又はカード型メモリに記録された音声データを音声復号部によって読み出し再生した後、Ｄ／Ａ変換器によりアナログ信号に変換して、スピーカから出力し、又は情報伝送部により読み出し出力端子を通じて外部機器に伝送するようになっている。このＩＣレコーダを検知器１０３から出力されるパルス信号及び弾性波信号の記録に利用する。
なお、ここで検知器１０３と記録装置（ＩＣレコーダ）２はそれぞれ別体の機器としたが、検知器１０３が記録装置（ＩＣレコーダ）２の一部として一体に設けられてもよく、また記録装置（ＩＣレコーダ）２に着脱可能な付属部品として、また、後付けの部品として一体的に装着されてもよい。 FIG. 16 shows a specific configuration of the tunnel elastic wave exploration system, in particular, a seismometer and a recording device.
As shown in FIG. 16, the seismometer 1 is installed on a blast bus 51 for supplying an ignition current to the explosive of the blasting device 5 that initiates blasting, detects the current at the time of blasting ignition, and outputs a current detection signal A non-contact current sensor 101, an electromechanical vibration sensor 102 installed on the tunnel wall, measuring vibration of elastic waves due to blasting, and outputting a vibration measurement signal, and the current sensor 101 and vibration sensor 102 And a detector 103 that outputs a pulse signal based on the current detection signal of the current sensor 101 and outputs an elastic wave signal based on the vibration measurement signal of the vibration receiving sensor 102.
In this case, the current sensor 101 is preferably a direct current sensor, and here, a commercially available non-contact direct current sensor is employed. This DC current sensor 101 has a structure in which a ring-shaped gap iron core and a Hall element are combined, detects a DC current in a non-contact manner, and outputs an electric signal (current detection signal).
The vibration receiving sensor 102 is preferably a portable electromechanical vibration receiving sensor, and here, a commercially available geophone is adopted. This geophone is a moving coil type geophone, which is composed of a geophone main body composed of a coil and a permanent magnet, and a spike provided at the lower part of the geophone main body. Relative motion occurs between them, and a voltage proportional to the motion speed is output.
The detector 103 is connected to the current sensor 101 via a communication cable, and a current sensor connecting portion for inputting a current detection signal output from the current sensor 101, and blasting based on the current detection signal output from the current sensor 101. A pulse signal generation unit that generates a signal (pulse signal) and a vibration sensor 102 are connected by a communication cable, and a vibration sensor connection unit for inputting a vibration measurement signal output from the vibration sensor 102 and an output from the vibration sensor 102 An elastic wave signal generation unit that generates an elastic wave signal based on the vibration measurement signal and the recording device 2 are connected by a communication cable, and the pulse signal generated by the pulse signal generation unit and the elastic wave signal generation unit are generated. Voltage change generated by the current detected by the current sensor 101, and a common recording device connection unit that outputs the elastic wave signal. Generating a Luo pulse signal, and generates an acoustic wave signal from the voltage change which is output by the geophones sensor 102.
The recording device 2 corresponds to such a seismometer, is electrically connected to the detector 103, and records a pulse signal and an elastic wave signal output from the detector 103, that is, a nonvolatile storage device. A data recording apparatus using a semiconductor memory as a recording medium is preferable, and here, a commercially available portable IC (Integrated Circuit) recorder is generally used. An IC recorder is a portable audio recording / reproducing device that uses a card-type memory such as a flash memory or an SD card as a recording medium to record and reproduce audio. A microphone, an A / D converter, an audio code Audio unit, audio decoding unit, D / A converter, speaker, flash memory and / or card type memory, information transmission unit, output terminal, etc., and the audio signal input through the microphone is converted into digital data by the A / D converter. After being converted into, compressed and encoded by the audio encoding unit, recorded in the flash memory or card type memory, and after the audio data recorded in the flash memory or card type memory is read and reproduced by the audio decoding unit, It is converted into an analog signal by a D / A converter and output from a speaker, or read out by an information transmission unit and passed through an output terminal. It is adapted to transmit to the external device Te. This IC recorder is used for recording pulse signals and elastic wave signals output from the detector 103.
Here, the detector 103 and the recording device (IC recorder) 2 are separate devices, but the detector 103 may be provided integrally as a part of the recording device (IC recorder) 2 or recording. The device (IC recorder) 2 may be integrally attached as an attachable / detachable accessory or as a retrofit component.

このようにして地震計１は、非接触式の直流電流センサで発破信号を検出すると、電流センサが発破検出信号を検知器に入力し、ジオフォンで弾性波の振動を測定すると、ジオフォンが弾性波検出信号を検出器に入力し、検出器を通じて、発破時刻としてのパルス信号と、弾性波の振動状態である弾性波信号をＩＣレコーダに送信し、記録するようになっている。 In this way, when the seismometer 1 detects a blasting signal with a non-contact DC current sensor, the current sensor inputs the blasting detection signal into a detector and measures the vibration of the elastic wave with a geophone. The detection signal is input to the detector, and the pulse signal as the blasting time and the elastic wave signal that is the vibration state of the elastic wave are transmitted to the IC recorder and recorded through the detector.

これらの地震計１及び記録装置２は既述のトンネル弾性波探査方法に次のように使用することができる。
図１７に示すように、まず、検知器１０３、ＩＣレコーダ２をそれぞれ発破器５の近傍適宜の位置に設置し、ジオフォン１０２を弾性波の受振点としてトンネル坑壁に固定した地震波ガイド１１（棒鋼、ロックボルト）に取り付けるとともに、非接触式の直流電流センサ１０１を鉄芯内に発破母線５１を挿通して発破器５付近に設置する。次に、ジオフォン１０２に通信ケーブルを接続して、この通信ケーブルを検知器１０３の受振センサ接続部に接続し、直流電流センサ１０１に通信ケーブルを接続して、この通信ケーブルを検知器１０３の電流センサ接続部に接続し、ＩＣレコーダ２に通信ケーブルを接続して、この通信ケーブルを検知器１０３の記録装置接続部に接続する。なお、これらの作業手順は任意である。
そして、切羽の掘削に当たり、各機器を動作状態とし、発破器５のスイッチをＯＮ操作して、切羽に装填した爆薬を起爆させると、まず、非接触式の直流電流センサ１０１で発破母線５１の上から、発破器５から放出される点火電流を検出されて、直流電流センサ１０１から電流検出信号が出力され、これが検知器１０３に入力される。そして、切羽Ｔ１が***し、この爆発によって切羽から弾性波が発生すると、この弾性波は地山を伝播して切羽後方の地震波ガイド１１に到達し、ジオフォン１０２で受振、測定されて、ジオフォン１０２から振動計測信号が出力され、これが検知器１０３に入力される。検知器１０３では、直流電流センサ１０１から出力された電流検出信号に基いてパルス信号生成部によりパルス信号が生成され、ジオフォン１０２から出力された振動計測信号に基いて弾性波信号生成部により弾性波信号が生成され、このパルス信号及び弾性波信号が検知器１０３から出力されて、ＩＣレコーダ２に入力される。このパルス信号及び弾性波信号はＩＣレコーダ２内部のフラッシュメモリ又はＳＤカードなどのカード型メモリに記録される。この場合、発破器５の１回のＯＮ操作で、発破は複数の段発発破で行われるため、発破器５の１回のＯＮ操作によるパルス信号と、複数の発破の爆発による複数の弾性波信号が地震計１で生成され、ＩＣレコーダ２に記録されることになる。
なお、このＩＣレコーダ２に記録されたパルス信号及び弾性波信号はＩＣレコーダ２のフラッシュメモリから通信ケーブルを用いて直接、又はカード型メモリを介して解析装置であるパソコンの記憶装置に入力される。そして、このパソコンのソフトウェアにより、パルス信号の立ち上がり時刻を発破時刻として、複数の弾性波信号のうち最初に検出した弾性波信号を受振時刻として、弾性波の伝搬時間が算出される。 The seismometer 1 and the recording device 2 can be used in the tunnel elastic wave exploration method described above as follows.
As shown in FIG. 17, first, the detector 103 and the IC recorder 2 are installed at appropriate positions in the vicinity of the blasting device 5, respectively, and the seismic wave guide 11 (steel bar) fixed to the tunnel pit wall with the geophone 102 as an elastic wave receiving point. The non-contact type DC current sensor 101 is installed in the vicinity of the blasting device 5 by inserting the blasting bus 51 into the iron core. Next, a communication cable is connected to the geophone 102, this communication cable is connected to the vibration sensor connection portion of the detector 103, a communication cable is connected to the direct current sensor 101, and this communication cable is connected to the current of the detector 103. Connect to the sensor connection unit, connect a communication cable to the IC recorder 2, and connect the communication cable to the recording device connection unit of the detector 103. These work procedures are arbitrary.
When excavating the face, each device is put in an operating state, the switch of the blasting device 5 is turned ON, and the explosive loaded in the face is detonated. First, the non-contact type DC current sensor 101 uses the blast bus 51 From above, the ignition current discharged from the blasting device 5 is detected, and a current detection signal is output from the DC current sensor 101, which is input to the detector 103. When the face T1 is blown up and an elastic wave is generated from the face by this explosion, the elastic wave propagates through the ground and reaches the seismic wave guide 11 behind the face, and is received and measured by the geophone 102. The vibration measurement signal is output from, and this is input to the detector 103. In the detector 103, a pulse signal is generated by the pulse signal generation unit based on the current detection signal output from the DC current sensor 101, and an elastic wave is generated by the elastic wave signal generation unit based on the vibration measurement signal output from the geophone 102. A signal is generated, and the pulse signal and the elastic wave signal are output from the detector 103 and input to the IC recorder 2. The pulse signal and the elastic wave signal are recorded in a flash memory inside the IC recorder 2 or a card type memory such as an SD card. In this case, blasting is performed by a single ON operation of the blasting device 5 and blasting is performed by a plurality of blasting blasts. A signal is generated by the seismometer 1 and recorded in the IC recorder 2.
The pulse signal and the elastic wave signal recorded on the IC recorder 2 are input from the flash memory of the IC recorder 2 directly to the storage device of the personal computer, which is an analysis device, using a communication cable or via a card type memory. . The personal computer software calculates the propagation time of the elastic wave using the rise time of the pulse signal as the blast time and the elastic wave signal detected first among the plurality of elastic wave signals as the receiving time.

このようにこのトンネル弾性波探査システムによれば、地震計１の電流センサ１０１として非接触式の直流電流センサを採用し、この直流電流センサ１０１を、鉄芯内に発破母線５１を挿通して、発破器５付近に設置し、発破母線５１の上から発破器５から放出される点火電流を検出するようにしたので、通常のトンネルで使用する発破器５の発破信号（発破時刻）を確実かつ安全に検出することができる。
また、地震計１の受振センサ１０２として可搬型の電気機械式の受振センサ、ここでは特にジオフォンを採用し、このジオフォン１０２を、弾性波の受振点としてトンネル坑壁に固定した地震波ガイド１１（棒鋼、ロックボルト）に取り付けて、弾性波の振動を測定するようにしたので、弾性波測定の準備や作業を確実かつ容易に行うことができる。
さらに、地震計１の検知器１０３を、直流電流センサ１０１の電気信号に基いて発破信号（パルス信号）を検出し、ジオフォン１０２からの電気信号に基いて弾性波信号を検出する形式としたので、発破信号を正確に把握して、弾性波信号を検出することができる。また、このような検知器１０３を用いることで、各信号検出の準備や作業を確実かつ容易に行うことができる。
そして、記録装置２として、不揮発性の半導体メモリを記録媒体として用いたデータ記録装置、ここでは特に携帯用のＩＣレコーダを利用したので、各信号の記録の準備や作業を確実かつ容易に行うことができる。このＩＣレコーダ２を用いた弾性波探査により、トンネル坑内の地山の弾性波速度を評価することで、より的確な地山分類が可能となり、トンネルの設計及び施工に反映することができる。 Thus, according to this tunnel elastic wave exploration system, a non-contact type DC current sensor is adopted as the current sensor 101 of the seismometer 1, and the DC current sensor 101 is inserted through the blast bus 51 into the iron core. Since it is installed in the vicinity of the blasting device 5 and the ignition current emitted from the blasting device 5 is detected from above the blasting bus 51, the blasting signal (blasting time) of the blasting device 5 used in a normal tunnel is surely obtained. And can be detected safely.
In addition, a portable electromechanical vibration sensor, particularly a geophone here, is adopted as the vibration sensor 102 of the seismometer 1, and this geophone 102 is fixed to the tunnel well wall as a vibration wave receiving point. , The vibration of the elastic wave is measured and the preparation and work of the elastic wave measurement can be performed reliably and easily.
Furthermore, since the detector 103 of the seismometer 1 detects the blast signal (pulse signal) based on the electric signal of the DC current sensor 101 and detects the elastic wave signal based on the electric signal from the geophone 102. The elastic wave signal can be detected by accurately grasping the blast signal. Further, by using such a detector 103, preparation and work for each signal detection can be performed reliably and easily.
Since a data recording device using a nonvolatile semiconductor memory as a recording medium, particularly a portable IC recorder, is used as the recording device 2, preparation and work for recording each signal can be performed reliably and easily. Can do. By evaluating the elastic wave velocity of the natural ground in the tunnel mine by elastic wave exploration using this IC recorder 2, it becomes possible to classify the natural ground more accurately and reflect it in the design and construction of the tunnel.

Ｔ０トンネル坑内
Ｔ１切羽
Ｔ１１探査用発破孔
Ｔ１２掘削用発破孔
Ｔ２孔
１地震計
１０１非接触式の電流センサ（非接触式の直流電流センサ）
１０２電気機械式の受振センサ（ジオフォン）
１０３検知器
１１地震波ガイド
１２通信ケーブル
２デジタル記録装置（ＩＣレコーダ）
２３ＵＳＢケーブル
３ＰＣ（解析装置）
３１直達波処理プログラム
３２反射波処理プログラム
４グラウト材
５発破器
５１発破母線 T0 Tunnel tunnel T1 Face T11 Exploration blast T12 Drilling blast T2 Hole 1 Seismometer 101 Non-contact current sensor (non-contact DC current sensor)
102 Electromechanical vibration sensor (Geophone)
103 detector 11 seismic wave guide 12 communication cable 2 digital recording device (IC recorder)
23 USB cable 3 PC (analyzer)
31 Direct wave processing program 32 Reflected wave processing program 4 Grout material 5 Blasting device 51 Blasting bus

Claims

トンネル坑内の切羽に発破孔を設けて爆薬を装填するとともに、切羽から離れた後方所定の位置に地震計及び記録装置を設置し、
爆薬を起爆して発生する弾性波を前記地震計で受振、計測し、前記記録装置に記録することを切羽掘進毎に繰り返し、
切羽掘進毎に前記記録装置に記録された弾性波から直達波を抽出して、当該直達波に基づいて切羽のトンネル坑内の弾性波速度分布を推定し、切羽掘進毎に前記記録装置に記録された弾性波から反射波を抽出して、当該反射波に基づいて反射点及び反射面を推定するとともに、当該反射点及び反射面の分布パターンから切羽前方の地質構造を推定し、
前記反射波の抽出に当たり、切羽前方の地質構造の探査に要求される分解能の最大値及び最小値を設定する一方、解析に使用する弾性波波長を分解能の４倍に設定し、前記直達波から算出した前記トンネル坑内の弾性波速度に基づいて反射波伝播速度を算出して、当該反射波伝播速度から解析に使用する弾性波周波数を設定し、
前記反射点及び反射面の推定に当たり、切羽前方の範囲の任意の解析点において反射により生ずる弾性波のうち回折波の重合処理を行い、反射波を検出し、さらに、前記解析点の間隔は弾性波伝播距離が弾性波波長の最小値の４分の１を超えない範囲に設定する、
ことを特徴とするトンネル弾性波探査方法。 While installing a blast hole in the face in the tunnel mine and loading the explosive, installing a seismometer and recording device at a predetermined position away from the face,
The seismometer receives and measures the elastic wave generated by detonating the explosive, and records it in the recording device repeatedly every time the face is drilled.
A direct wave is extracted from the elastic wave recorded in the recording device for each face excavation, and the elastic wave velocity distribution in the tunnel tunnel of the face is estimated based on the direct wave, and is recorded in the recording device for each face excavation. The reflected wave is extracted from the elastic wave, the reflection point and the reflection surface are estimated based on the reflection wave, and the geological structure in front of the face is estimated from the distribution pattern of the reflection point and the reflection surface.
In the extraction of the reflected wave, while setting the maximum and minimum resolution required for exploring the geological structure in front of the face, the elastic wave wavelength used for the analysis is set to four times the resolution, and from the direct wave calculated above to calculate the reflected wave propagation speed based on the acoustic wave velocity of a tunnel underground, it sets the acoustic wave frequency used in the analysis of the reflected wave propagation speed,
In the estimation of the reflection point and the reflection surface, a diffracted wave is superposed on the elastic wave generated by reflection at an arbitrary analysis point in the range in front of the face to detect the reflected wave, and the interval between the analysis points is elastic. The wave propagation distance is set to a range that does not exceed a quarter of the minimum value of the elastic wave wavelength.
A tunnel elastic wave exploration method characterized by this.

トンネル坑内に設置され、発破を震源とする弾性波を計測する地震計、及び前記地震計により計測される弾性波を記録する記録装置と、前記記録装置により記録された弾性波の解析を行う解析装置とを備え、
前記解析装置は、
前記記録装置に切羽掘進毎に記録された弾性波から直達波を抽出して、当該直達波に基づいて切羽のトンネル坑内の弾性波速度を測定する直達波処理手段と、
前記記録装置に切羽掘進毎に記録された弾性波から反射波を抽出して、当該反射波に基づいて弾性波の反射点及び反射面を推定するとともに、当該反射点及び反射面の分布パターンから切羽前方の地質構造を推定する反射波処理手段とを有し、
前記反射波処理手段は、
前記反射波の抽出に当たり、切羽前方の地質構造の探査に要求される分解能の最大値及び最小値を設定する一方、解析に使用する弾性波波長を分解能の４倍に設定し、前記直達波から算出した前記トンネル坑内の弾性波速度に基づいて反射波伝播速度を算出して、当該反射波伝播速度から解析に使用する弾性波周波数を設定し、
前記反射点及び反射面の推定に当たり、切羽前方の範囲の任意の解析点において反射により生ずる弾性波のうち回折波の重合処理を行い、反射波を検出し、さらに、前記解析点の間隔は弾性波伝播距離が弾性波波長の最小値の４分の１を超えない範囲に設定する、
ことを特徴とする請求項１に記載のトンネル弾性波探査方法に用いるトンネル弾性波探査システム。 A seismometer that is installed in a tunnel mine and measures an elastic wave with a blast as the epicenter, a recording device that records the elastic wave measured by the seismometer, and an analysis that analyzes the elastic wave recorded by the recording device With the device,
The analysis device includes:
A direct wave processing means for extracting a direct wave from an elastic wave recorded for each face digging in the recording device and measuring an elastic wave velocity in the tunnel tunnel of the face based on the direct wave;
The reflected wave is extracted from the elastic wave recorded for each face digging in the recording device, and the reflection point and reflection surface of the elastic wave are estimated based on the reflection wave, and from the distribution pattern of the reflection point and reflection surface Reflected wave processing means for estimating the geological structure ahead of the face,
The reflected wave processing means is
In the extraction of the reflected wave, while setting the maximum and minimum resolution required for exploring the geological structure in front of the face, the elastic wave wavelength used for the analysis is set to four times the resolution, and from the direct wave calculated above to calculate the reflected wave propagation speed based on the acoustic wave velocity of a tunnel underground, it sets the acoustic wave frequency used in the analysis of the reflected wave propagation speed,
In the estimation of the reflection point and the reflection surface, a diffracted wave is superposed on the elastic wave generated by reflection at an arbitrary analysis point in the range in front of the face to detect the reflected wave, and the interval between the analysis points is elastic. The wave propagation distance is set to a range that does not exceed a quarter of the minimum value of the elastic wave wavelength.
The tunnel elastic wave exploration system used for the tunnel elastic wave exploration method according to claim 1.

地震計は、発破を起爆する発破器の爆薬に点火電流を供給するための発破母線に設置され、発破点火時の電流を検出し、電流検出信号を出力する非接触式の電流センサと、トンネル坑壁に設置され、発破による弾性波の振動を計測し、振動計測信号を出力する可搬型の電気機械式の受振センサと、前記電流センサの電流検出信号に基づいてパルス信号を出力し、前記受振センサの振動計測信号に基づいて弾性波信号を出力する検知器とにより構成され、記録装置は、前記検知器から出力される前記パルス信号及び前記弾性波信号を記録する可搬型の不揮発性の記憶装置が採用され、前記電流センサ及び前記受振センサは前記検知器を介して前記記憶装置に電気的に接続される請求項２に記載のトンネル弾性波探査システム。 The seismometer is installed on the blast bus for supplying the ignition current to the explosive of the blaster that initiates the blast, detects the current at the time of blast ignition and outputs a current detection signal, and the tunnel A portable electromechanical vibration sensor that measures vibrations of elastic waves caused by blasting and outputs vibration measurement signals, and outputs a pulse signal based on the current detection signal of the current sensor, And a detector that outputs an elastic wave signal based on a vibration measurement signal of the vibration receiving sensor, and the recording device is a portable non-volatile type that records the pulse signal and the elastic wave signal output from the detector. The tunnel elastic wave exploration system according to claim 2, wherein a storage device is employed, and the current sensor and the vibration receiving sensor are electrically connected to the storage device via the detector.

受振センサはジオフォンが採用される請求項３に記載のトンネル弾性波探査システム。 The tunnel elastic wave exploration system according to claim 3, wherein a geophone is adopted as the vibration receiving sensor.

記憶装置はＩＣレコーダが採用される請求項３又は４に記載のトンネル弾性波探査システム。 The tunnel elastic wave exploration system according to claim 3 or 4, wherein an IC recorder is used as the storage device.

検知器及び記憶装置は別体又は一体に構成される請求項３乃至５のいずれかに記載のトンネル弾性波探査システム。 The tunnel elastic wave exploration system according to any one of claims 3 to 5, wherein the detector and the storage device are configured separately or integrally.